La demande d’énergie électrique solaire a progressé de 40 % par an en moyenne au cours des deux dernières décennies avec, en toile de fond, un effondrement des coûts et des prix. Le défi à relever pour les fabricants et opérateurs d’équipements solaires consiste par conséquent à installer de vastes systèmes offrant des performances constantes sur une durée de vie de 20 ans ou plus, idéalement avec des coûts d’exploitation, de maintenance et d’intervention minimisés. De plus, le secteur doit poursuivre ses efforts de diminution du coût de la technologie solaire pour que cette énergie soit parfaitement compétitive par rapport aux combustibles fossiles.

Le recours à des solutions de suivi solaire fiables et précises peut être utile à la poursuite de ces ambitions de réduction des coûts. Qu’il s’agisse d’énergie solaire photovoltaïque (PV), à concentration photovoltaïque (CPV) ou à concentration thermique (CSP) (Fig. 1), SKF propose désormais une large gamme de solutions liées au suivi solaire qui ne nécessite aucun entretien. Elle englobe des produits innovants comme les Actionneurs linéaires solaires SKF (qui font partie du portefeuille SKF BeyondZero) et le concentrateur SKF Solar Hub spécialement développés pour le marché de l’énergie solaire (Fig. 2). Ces deux produits sont conçus, assemblés, testés et validés par SKF. SKF fournit également des solutions de roulements sans maintenance qui peuvent être intégrées dans des boîtiers entièrement étanches pour toute la durée de vie du produit.

Les roulements et produits mécatroniques font partie d’une vaste plateforme de solutions techniques qui englobe également la lubrification et les joints.

Pourquoi le suivi solaire
Les systèmes de suivi jouent un rôle clé dans l’efficacité de la production d’énergie solaire car ils contribuent à accroître le rendement des panneaux photovoltaïques – jusqu’à 40 % avec un suiveur à deux axes – et l’efficacité de capture du rayonnement solaire sur des systèmes CPV et CSP (Fig. 3). Pour optimiser la production d’énergie, ces systèmes doivent présenter des caractéristiques de performances élevées, en termes notamment de robustesse et de précision du positionnement, et offrir une solution fiable capable de supporter des conditions de service en extérieur difficiles. Un système de suivi solaire doit suivre le soleil avec une certaine précision qui dépend de la technologie. La précision offerte par la technologie PV pour le suivi du soleil est de 1 degré, et celle de la technologie CPV, de 0,1 degré. Il est, par conséquent, important de disposer de systèmes d’entraînement sans jeu excessif. Sinon, en cas de vent, le système risque de balancer d’avant en arrière, entraînant une diminution du rendement, voire l’arrêt total de la production.

SKF offre à l’échelle mondiale tous les entraînements et pièces requises pour les applications de suivi solaire avec l’avantage supplémentaire de solutions pratiquement sans maintenance.
Des actionneurs électromécaniques, comme l’Actionneur linéaire solaire et le Solar Hub, sont utilisés dans des systèmes de suivi pour orienter le panneau solaire dans la direction est-ouest (on parle de mouvement « azimutal »), la direction nord-sud (mouvement d’élévation) ou dans les deux directions.

Solutions de suivi
Les solutions intègrent une fonction de mouvement azimutal, avec le SKF Solar Hub, une fonction d’élévation, avec les actionneurs linéaires solaires SKF de la série CASD, ainsi que des roulements appropriés issus de la vaste gamme SKF (Fig. 2). Les solutions de ce type conviennent à la plupart des modes de génération d’énergie solaire : panneaux photovoltaïques, panneaux photovoltaïques à concentration et systèmes solaires à concentration comme les auges paraboliques, miroirs héliostatiques ou paraboles solaires.

Le Solar Hub (Fig. 4) est le dernier produit développé par SKF pour contribuer à augmenter le rendement des systèmes de suivi solaire. Conçu pour s’adapter aux besoins de l’application, il suit le soleil avec précision, du lever au coucher de celui-ci, au fil des saisons et pour toute la durée de vie du système. La technologie offre des améliorations significatives par rapport aux solutions existantes qui exigent beaucoup de maintenance. D’une durée de vie théorique de 20 ans, les concentrateurs SKF Solar Hub ne nécessitent aucune interruption de service pour le remplacement des pièces. Des caractéristiques de conception avancées comme une sélection plus stricte des matériaux, des traitements optimisés pour ces matériaux, une lubrification améliorée et des solutions d’étanchéité optimales garantissent la robustesse du produit dans les environnements les plus hostiles et une durée de service accrue. Le SKF Solar Hub réduit les coûts d’exploitation, abaissant ainsi le coût total de possession. Avec son jeu minimisé, le Solar Hub permet d’améliorer la production d’énergie, abaissant ainsi le coût moyen actualisé de l’électricité (CMAE).

Construction du Solar Hub
Le Solar Hub, CRSD 290 (Fig. 5) a été conçu spécialement pour des applications de suivi solaire qui couvrent une gamme étendue de panneaux de 20 à 70 m², et peuvent atteindre 90 m², selon le modèle de suiveur et les conditions de vent. Le CRSD 290 est un entraînement rotatif constitué d’un montage de roulements principal préchargé, d’un train d’engrenages et d’un boîtier. L’application d’une précharge lors de l’assemblage permet de minimiser le jeu de fonctionnement. La conception de l’engrenage à vis sans fin intègre un mécanisme autobloquant, ce qui lui permet de maintenir un couple statique sans frein externe. De plus, le matériau sélectionné pour le train d’engrenages, combiné à un traitement thermique approprié, se traduit par une capacité de couple élevée et une usure minimisée, ce qui contribue à une durée de vie accrue du produit.

L’étanchéité du modèle SKF a été optimisée de manière à minimiser les pertes de graisse en fonctionnement, l’impact sur l’environnement, ainsi que les besoins de relubrification. Les connaissances de SKF en matière de graisses et de lubrification ont permis de sélectionner une graisse adéquate pour cette application à faible vitesse et d’améliorer ainsi les performances. La réduction des besoins de maintenance étant un critère clé de conception, le CRSD 290 est pratiquement sans entretien et ne nécessite aucune maintenance pendant 20 ans, contrairement aux modèles standard disponibles sur le marché qui exigent une relubrification annuelle. Enfin, pour des performances optimales, y compris en conditions extrêmes, l’ensemble est logé à l’intérieur d’un boîtier étanche qui offre une protection IP65.

Le Solar Hub peut en option intégrer un moteur et un système électronique pour une solution solaire entièrement intégrée. Le Solar Hub CRSD 290 peut être associé à un moteur CA ou CC qui sera monté au choix sur le côté droit ou le côté gauche du produit.

Actionneurs linéaires solaires
Les actionneurs linéaires de la gamme SKF, CASD-20 et CASD-60 (Fig. 6), ont été mis au point selon les mêmes normes strictes de performance que le Solar Hub en termes de production d’énergie accrue mais aussi de longue durée de service, de fiabilité, de facilité d’installation et de suppression des besoins de maintenance. L’actionneur linéaire est constitué des éléments suivants : vis avec boîte d’engrenages intégrée, moteur, roulements, lubrifiants, interrupteurs de fin de course, capteurs à effet Hall, et carte de circuit imprimé, le tout protégé dans un boîtier étanche (Fig. 7). Dans ce cas, la performance est garantie par l’utilisation de tubes protecteurs étanches pour une fiabilité accrue et une meilleure protection de l’entraînement, y compris dans les environnements les plus hostiles. Des rapports de charges dynamique et statique supérieurs garantissent une production d’énergie même en cas de vent fort. Dans le cas du CASD-20, les charges dynamique et statique sont respectivement de 5 kN et 20 kN. Pour le CASD-60, ces valeurs sont de 12 kN et 60 kN. Selon la charge statique, la course de ces deux actionneurs peut atteindre 1 500 mm et la vitesse de fonctionnement, 2 mm/s pour le CASD-20 et 2,5 mm/s pour le CASD-60.

Les actionneurs linéaires CASD améliorent le rendement grâce à une baisse de la consommation de courant, une plus grande précision de positionnement et un jeu limité. Offerts sous forme d’unités complètes, les actionneurs sont non seulement faciles à installer au sein d’applications solaires, mais ils réduisent les délais de conception et de développement de façon significative tout en permettant des économies en fonctionnement.

Les avantages du suivi solaire
Dans le cas des systèmes PV, le suivi solaire peut améliorer le rendement ou la puissance de sortie jusqu’à 40 % grâce à un système suiveur à deux axes intégrant des concentrateurs SKF Solar Hub. Pour les systèmes CPV et CSP, la technologie mise en œuvre nécessite des systèmes de suivi solaire pour fonctionner correctement. Le suivi solaire est donc essentiel pour les technologies à concentration.

Pour minimiser les coûts, il est important que la technologie intègre un système de suivi solaire qui contribue à la réduction du coût total de possession à travers une installation plus facile et plus rapide, un allongement, voire la suppression, des intervalles de maintenance, et une fiabilité élevée sans aucun changement de pièce ou réparation sur site.

Les fabricants bénéficient notamment de la vaste expérience de SKF en matière de conception et de sa capacité de production. Il en résulte une amélioration de la qualité et de la satisfaction des clients et la suppression des coûteuses réparations sous garantie. Les opérateurs peuvent bénéficier d’une baisse des coûts du cycle de vie des systèmes solaires grâce à une fiabilité accrue de ces derniers et une capacité de production d’énergie supérieure sur une durée plus longue.